2013.11.26. - Az IceCube új korszakot nyit a megfigyelő csillagászatban

Több évnyi eredménytelen keresés után az IceCube neutrínótávcső kutatói 28 db nagyenergiájú neutrínót észleltek, amelyek feltehetőleg az Univerzum legnagyobb erejű robbanásaiból származnak.

Az IceCube egy hatalmas neutrínótávcső, az antarktiszi jégpáncélba másfél kilométer mélyre lefúrt detektorokkal. Az eszköz felett elhelyezkedő hatalmas jégtömeg nyomása a legapróbb légbuborékokat is száműzte a mélyen fekvő jégrétegből, így az tökéletesen átlátszó. Ez teszi lehetővé az IceCube 5160 fényérzékeny detektorának, hogy nagy távolságból is észleljék a leghalványabb fényfelvillanást is. Az IceCube által vizsgált egy köbkilométernyi jégtömegen neutrínók trilliárdjai suhannak keresztül szellemként, és időnként egy-egy ilyen részecske telibe talál egy oxigénatomot a fagyott víz egy molekulájában, egyetlen nagyon halvány, kék felvillanást generálva. A fényfelvillanás megfigyelésével a kutatók meg tudják állapítani az elfogott neutrínó mozgásirányát és energiáját.

Az IceCube főépülete a Déli Sark jégmezején.
[Sven Lidstrom (IceCube/NSF)]

A csillagászok feltevései szerint a nagyenergiájú neutrínók a távoli Világegyetem extrém hevességű folyamatai során keletkeznek. Az aktív galaxismagok (AGN-ek) és a gammavillanások (GRB-k) a legfényesebb kozmikus események, de a mai napig nem értjük igazán az ezeket létrehozó fizikai folyamatokat. A feltételezések szerint óriási fekete lyukak, és összeütköző, nagy tömegű csillagok állnak a jelenségek hátterében, de a folyamatok részletei még tisztázatlanok. Ami biztos, hogy az ilyenkor keletkező neutrínók akadálytalanul szöknek ki, és vágnak keresztül az Univerzumon, mivel alig hatnak kölcsön bármilyen anyaggal is. Ezen részecskéknek hatalmas az energiájuk, több mint ezerszer nagyobb, mint a CERN Nagy Hadronütköztetőjében felgyorsított protonokéi. Az IceCube megépítésével a csillagászok abban reménykedtek, hogy végre észlelni tudják ezeket a fürge neutrínókat, meg tudják mérni a forrásuk pozícióit, és betekintést nyerhetnek a nagyenergiájú folyamatok működésébe.

Az IceCube kábeleken lelógatott detektorainak elhelyezkedése az állomás alatti jégrétegben.
[IceCube/NSF]

A műszer 2010-es üzembe helyezése után két éven át viszont egyetlen ilyen részecskét sem sikerült észlelni. Valójában átlagosan hat percenként detektáltak neutrínókat, de az mind "közönséges", a kozmikus sugárzás és a Föld felsőlégkörében lévő atomok közti kölcsönhatások során keletkező részecske volt. A kétségbeejtő helyzetre váratlan irányból jött megoldás. A kutatócsapat néhány tagja ultranagy energiájú neutrínók nyomait kezdte keresni az évek alatt felgyülemlett adatfolyamban. Ezek még az AGN és GRB folyamatokban keletkezőknél is ezerszer nagyobb energiájúak, a kozmikus sugárzás és a mikrohullámú háttérsugárzás kölcsönhatása során keletkeznek. Ezen, új adathalmazban kutatva bukkantak rá véletlenül két olyan eseményre, amiket pont a korábban keresett (AGN és GRB) energiatartományba eső neutrínók váltottak ki. A két részecske még nevet is kapott, Bertnek és Ernie-nek keresztelték el őket. Az új kiértékelési módszerrel végül 26 további nagyenergiájú neutrínó nyomára is rábukkantak a 2011 és 2012 között rögzített adatfolyamban.

Ez a 28 neutrínó még mindig kevés ahhoz, hogy messzemenő következtetéseket vonjanak le az AGN-ek és GRB-k működéséről - egyelőre csak annyi biztos, hogy nem tejútrendszerbeli forrásokból származnak -, de az IceCube csapata tovább gyűjti az adatokat, és a reményeik szerint 5 éven belül új ismereteket tudnak szerezni a nagy égi részecskegyorsítókról.

A felfedezés a neutrínó-asztrofizikával foglalkozó közösséget is felpezsdítette. John Learned, a Hawaii Egyetem kutatója szerint a cikk hamarosan bekerül a tankönyvekbe is, és megalapozza nagyenergiájú neutrínó-csillagászat tudományterületét.

Az eredményeket részletező szakcikk Science magazinban jelent meg.

Forrás:

• Wired Science 2013.11.21.